非线性超声检测技术

非线性超声检测评估技术

1、非线性超声复合材料检测技术概述

复合材料具有密度小、强度高、耐摩擦、抗烧蚀、高温性能良等优点，广泛应用于航天航空等高科技领域。对于复合材料界面粘接强度的准确评价，直接影响复合材料的有效使用。

超声是最为广泛的无损检测技之一，对于粘接层脱粘，采用的特征参数主要有回波幅值、反射回波时间等，但是对于高衰减材料、脱粘面较小等无法得到回波幅值、反射时间的情况，利用超声反射则无法对缺陷定量。

可喜的是，经过最近若干年的努力，力学、声学和材料学领域的一些研究进展使得人们发现，通过对材料粘接层的弹性模量、声衰减和厚度等物理量测量，能够反映出材料的粘接强度。而上述测量，运用超声非线性的方法有着明显优于传统方法。2、非线性超声检测方法

非线性检测方法称声-超声技术，又称应力波因子技术，与常规无损检测方法不同，非线性技术主要用于检测和研究材料中分布的细微裂纹群及其粘接强度。属于材料完整性评估。

非线性检测的原理为，采用超声波技术在材料（复合材料或各向同性）表面激发脉冲应力波，应力波在内部与材料的微结构(包括纤维增强层合板中的纤维基体，各种内在的或外部环境作用产生的缺陷和损伤区)相互作用，并经过界面的多次反射与波

型转换后到达置于结构同一或另一表面的接收传感器，然后对接收到的波形信号进行分析，提取一个能反映材料(结构)力学性能(粘接强度和刚度)的参量，称为应力波因子。

3、存在问题与解决方法

综上所述，非线性技术（应力波因子技术），对于复合材料常规不能检测的缺陷，如检测细微缺陷（孔隙、基体裂纹、纤维裂断、富胶、固化不足等），能达到良好的检出效果。是一种材料完整性检测和评估的手段。但是如何激发损伤信号、损伤信号与噪声信号较难区别使该技术的发展受到了影响。

美国RITEC RAM-5000 SNAP非线性高能超声测试系统是世界上第一套专门用于材料无损评估时的非线性效应研究的超声测试系统，堪称世界一流。在激发损伤信号方面，该设备使用门控放大器技术，利用脉冲群增大入射能量，有效的激发了应力波；在信号接收端，使用相敏超外差技术，在保留信号信息的同时，有效的区分噪声信号与损伤信号。在基于非线性原理基础上，有效的解决了技术瓶颈。

4、应用情况

作为一种有效的材料评估手段，在RITEC RAM-5000 SNAP 解决了其技术瓶颈的基础上，国内许多重点科研院所都在研究该技术，其中包括：重庆后勤学院、北京交通大学、南京大学声学所、北京工业大学、北京航空航天学院、中科院声学研究所等。